基因编辑是一种怎样的技术?为什么说它会改写人类的未来?
在过去五年里，被称为CRISPR的基因编辑技术彻底改变了现代生物学的面貌和发展步伐。科学家已经发表了5000多篇跟CRISPR有关的论文，生物医学研究人员越来越多地利用它创建更好的疾病模型。此外，还有不计其数的公司涌现出来，试图对基于该技术的新药、治疗手段、食品、化学品和材料进行商业化运作。
许多专家和投资者都认为基因编辑具有类似「手术刀」的潜力，可以从根本上治疗从癌症到罕见遗传病的大量疾病。基因编辑技术可能代表了药物研发的新纪元。大量创新公司正在引领基因编辑治疗产品的开发工作，并吸引了来自风险投资机构和制药公司的大量投资。
一般来说，当我们提到CRISPR时，我们实际上指的是CRISPR/Cas9，这是由单股RNA短链以及能够高效切割DNA的酶组成的核糖体蛋白复合物。它之于生物学和医学的意义就犹如福特T型车之于制造业和交通运输业，即普及了一种革命性技术，并在此过程中颠覆了现状。CRISPR已经被用于治疗人类癌症，而利用它治疗遗传性疾病最快可能在2018年进入临床试验阶段。
但跟T型车一样，经典版本的CRISPR有些笨拙、不可靠，而且还有点危险。它无法靶向到基因组的任意位置，有时候它会在错误的地方切割。而且，它没有「关闭」选项。如果说T型车的问题是容易过热，那么CRISPR的问题就是容易过度切割。
即使存在这些局限，CRISPR仍将继续成为2018年及以后科学研究的主力工具。但今年，更新颖、更闪亮的基因编辑工具开始亮相，有望超越第一代的CRISPR。所以，如果你才刚刚搞明白CRISPR是怎么回事，那么请做好准备吧，因为基因编辑2.0已经来了。
动力转向
CRISPR的靶向切割动作是其关键特征，但当Cas9切割一个生物体的双股DNA时，这个基因编辑器会引入一种风险因素：细胞在修复那样巨大的基因损伤时可能会犯错。这就是为什么科学家一直在设计新方法，以期用更安全的方式达到相同的效果。
一种方法是让Cas9酶产生突变，使其仍能与DNA结合，但让「剪刀」不再发挥作用。然后，其他蛋白(比如那些能够激活基因表达的蛋白)便可以跟废了武功的Cas9结合，让它们在不改变DNA序列的情况下打开或关闭基因(有时候还会发出光或化学信号)。
来自哈佛大学和博德研究所的其他科学家一直在对CRISPR系统进行更为大胆的调整：编辑单个碱基对，一次一个。为了做到这一点，他们不得不设计出一种在自然界中不存在的全新的酶，它可以通过化学机制把A-T核苷酸对转化为G-C核苷酸对。这是一个可能带来巨大影响的微小变化。哈佛大学华裔化学家大卫·刘(David Liu)领导的实验室正在从事这项研究工作，据他估计，在人体已知的32,000种致病性点突变中，大约有一半可以通过这种单个转换来进行修复。
“我不希望让公众产生一种错误的观点，认为我们可以把任何人或任何动物乃至培养皿中任何细胞的任何DNA序列转换为任何其他DNA序列，”大卫·刘说，“但即使在我们如今所处的位置，我们也承担着很大的责任。这里的重大问题在于，这个阶段还将发展出多大的能力?以及我们能够多快地把这些技术进步转化为社会效益?”
踩下刹车
细菌进化出CRISPR是把它作为一种原生的防御机制，它的作用就是找出外源DNA并彻底根除。这相当于汽车只有油门，没有刹车，这具有潜在的危险性，尤其是对临床应用而言。CRISPR在细胞中停留的时间越长，它找到某种看起来像是目标的基因并将之切除的机会就越多。
为了尽量减少这些所谓的脱靶效应，科学家已经开发出了一些新的工具，以更严密控制CRISPR的活动。到目前为止，研究人员已经找到了21种独特的天然抗CRISPR蛋白，这些小分子能够阻断CRISPR。
在医学应用之外，这些「刹车」技术对基因驱动的持续发展也将是至关重要的，这种基因编辑技术能够快速在种群间传播特定的基因修饰。能够以某种方式推动进化，这将让我们拥有一件强有力的工具，来对抗从疾病到气候变化的各种威胁。研究人员正在考虑利用基因驱动灭绝传播疟疾的蚊子，以及根除有害的入侵物种。但是，在大自然中，基因驱动有可能失去控制，并可能带来可怕的后果。
